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喇叭如何發(fā)聲 ?
每一個揚聲器(喇叭)中必有內(nèi)含單體,單體是揚聲器作動的最重要組件,而根據(jù)單體「發(fā)聲方式」的不同,可分為動圈式、電感式、靜電式、平面式、絲帶式、號角式等等。目前市面上所看到的揚聲器,95%都是采用「動圈式」。
(1) 振膜 Diaphragm : 振膜是用來直接推動空氣,進而產(chǎn)生聲音。
(2) 防塵蓋 Dust Cap : 防止灰塵進入。
(3) 音圈 Voice Coil :環(huán)繞在音圈上的線圈組。音圈和磁鐵組成了揚聲器的驅(qū)動部分。
(4) 磁鐵 Magnet : 通常由鐵氧體或強力釹制成。
(5) 定心支片 Spider : 連接振膜和音圈為振模震動提供恢復力。
(6) 框架 basket : 框架為單體的骨架,其他元件都安裝在這上面。
(7) 懸邊 Suspension :振膜邊緣外的橡膠稱為懸邊。
現(xiàn)在大多數(shù)的喇叭都是動圈式單體,而它的發(fā)聲原理,當喇叭接收由訊源設備輸出的電訊號后,電流通過單元上的線圈,電流的正負電使單體上的線圈產(chǎn)上磁場反應,且通過線圈的是交變電流,正負極是不斷變化的,由于++ 排斥 振膜往內(nèi)收,+- 振膜往外擴,一收一擴之間產(chǎn)生的聲波和氣流,就會發(fā)出聲音了。
音盆材料的種類與聲音特性
單元中用到的磁鐵、音圈線材、振膜、還有懸邊等的材料隨著多年發(fā)展變得非常多樣化,但其實目都是希望可以更準確重現(xiàn)音樂原本的聲響效果。以振膜為例,就需要選用堅韌、變形少的物料,常見的材料有紙盆振膜、塑料振膜、金屬振膜和合成纖維振膜這幾種,還有如其他石墨纖維、玻璃纖維、碳纖維等材料。
紙盆振膜 : 常見的振膜材質(zhì),技術最為成熟,聲音特性平滑自然,不帶有個性鮮明的刺激部分。紙盆重量輕,能量轉(zhuǎn)化效率高,且由于內(nèi)部纖維的相互交織,傳輸過程中的能量可以被很快吸收,因此紙盆的阻尼特性也比較理想,不過缺點由于材質(zhì)的特點,紙盆對溫度和濕度變化比較敏感,環(huán)境變化會對聲音造成影響。
塑料振膜 : 一般由聚丙烯材料制成,簡稱PP音盆。相對于紙盆,PP音盆在防潮防水效果方面勝過許多。PP音盆同樣具備出色的阻尼特性,聽感上柔順自然,而缺點方面,PP音盆的剛性相對一般,表現(xiàn)高頻較豐富的音樂并不適合,容易產(chǎn)生失真現(xiàn)象。
金屬振膜 : 一般金屬材質(zhì)給予高貴、喧嘩個性的感覺,在聲音方面的特點鮮明。一般由鋁或者其合金材質(zhì)制成,相對其它金屬穩(wěn)定,重量輕。金屬振膜剛性出色,因此在動態(tài)和解析力方面表現(xiàn)出眾,但金屬振膜偏重,而且阻尼特性并不算好,因此對單元的驅(qū)動與控制并不簡單。
合成纖維振膜 : 合成纖維振膜能夠聚集各類特性優(yōu)點的振膜材質(zhì),這種材質(zhì)從航空軍用材料移植過來,擁有很高的強度和剛性,而且自身重量輕盈,這些優(yōu)點極為適合作為單元振膜。由于制造成本偏高,常用于一般在高級揚聲器,如知名 Focal 常使用的 Kevlar 人造纖維振膜。
現(xiàn)在大多數(shù)的喇叭都是動圈式單體,而它的發(fā)聲原理,當喇叭接收由訊源設備輸出的電訊號后,電流通過單元上的線圈,電流的正負電使單體上的線圈產(chǎn)上磁場反應,且通過線圈的是交變電流,正負極是不斷變化的,由于++ 排斥 振膜往內(nèi)收,+- 振膜往外擴,一收一擴之間產(chǎn)生的聲波和氣流,就會發(fā)出聲音了。
喇叭單體分類
揚聲器內(nèi)的喇叭單元設計的種類很多,最簡單的一種就是一個單元就負責所有音頻范圍,也就是「全音域」單元的設計,多見于超小型喇叭、藍牙喇叭,無分音器。但是目前的技術而言,沒有一個單體可以完美的負責所有頻率。
三音路設計喇叭
多音路喇叭單體
高音單元 Tweeter
另外一種是「同軸式」單元,使用兩顆以上的單體分工負責全頻段的聲音,且兩顆單體的開口都在同一直在線,通常低音單體的軸心上再加上中音、高音單體,有分音器。
而要求較高的的喇叭就普遍至少是「二音路」分音的設計,喇叭前面有兩組單元,分別是「高音單元」及「中低音單元」出聲。市面上多數(shù)書架喇叭多采用這種設計,部分落地型喇叭雖然都是二路分音,不過就會配備兩組或以上的中低音單元。如下圖所示,而「三音路」分音、配備高、中、低音單元的設計在落地喇叭上也很常見。
而多音路設計運作過程,由擴大機驅(qū)動的電流訊號,會先經(jīng)過分音器,將高、中、低頻音訊分配到對應的高、中、低音單元上發(fā)聲,然后「混合成」成我們聽到的聲音。
高音單元
高音單元通常位于喇叭最上面的單元,這樣的擺位主要是因為高頻音波的擴散性較低,稍微偏離單元指向的方位就會衰減得厲害,所以通常都會設計水平接近于耳朵的位置。
高音單元通常負責重現(xiàn) 2,000Hz 至 5,000Hz 以上,直到 20kHz 的高頻音效,當然,視乎單元、分音設計的不同,另外研究顯示,雖然人耳的聽力范圍是 20Hz 至 20kHz,不過20kHz 以上的超高頻普通人其實仍可感受得到,可以擴大聆聽者對于音樂音場跟氣氛感覺,所以有部分高階喇叭的高音單元可以重現(xiàn) 30kHz 甚至更高頻率的音樂,高音單元多數(shù)采用球頂形(Soft Dome)設計。
中音單元 : 負責最主要音域 ,注重人聲表現(xiàn)
中音單元常負責的 200Hz – 5,000Hz 頻段,正好是人耳日常聽到最多的頻響范圍,包括大部分的樂器,例如鋼琴、吉他等,此外,最重要是人聲也大部分落在這個頻段。所以人耳對于中音最為敏感,一旦出現(xiàn)一點點的失真,都很容易被察覺到。
并非所有喇叭都有獨立的中音單元,大部分是由一個中低音元同時負責中頻及低頻
低音單元
低頻對于看電影跟游戲來說更為重要,甚至獨立出來一個超重低音來負責更低頻率的聲音部分,低音單元多數(shù)會負責 200Hz 至 80Hz 以下,直到20Hz 甚至更低的頻段。通常愈大尺寸的單元,就愈有能力展現(xiàn)更低頻的頻段,5 吋、6 吋都是常見的尺寸,甚至大到 10 吋都有。
而通常揚聲器會有低音反射孔,以增加低音單元的效率,低音反射孔比較常置于喇叭后方,不過也會有前置的設計,另外因低頻較無方向性的關系,超低音喇叭的擺位并不太需要費心。獨立的超重低音單體,負責20Hz–200Hz頻段部分
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